基于區塊鏈技術的農產品物流溯源研究

劉江越,李自臣 ,陳 梅,慕顏如,葉雨薇

(1.烏魯木齊職業大學,烏魯木齊 830002;2.廣東水利電力職業技術學院,廣州 510000)

0 引言

隨著生活水平的提升,消費者對食品安全和質量的要求日漸提升,對農產品的溯源需求也越來越迫切。傳統的農產品溯源方式存在信息不對稱、數據不全且易被篡改等問題,難以保證信息的真實性,建立可靠的農產品物流溯源體系乃當下大勢所趨。

農產品物流指從農產品生產地到消費者手中的整個物流過程,涉及生產、加工、質檢、運輸、銷售等多個環節,農產品物流的管理涉及生產計劃、配送計劃、庫存管理、運輸安排、質量監控等方面。區塊鏈技術具有去中心化、不可篡改、匿名、公開透明等特點,基于區塊鏈技術的農產品物流溯源逐漸成為一種新型溯源方式。在基于區塊鏈技術的農產品物流溯源平臺中,每筆交易都會生成一個區塊,每個區塊與前一個區塊相連形成區塊鏈,這些區塊記錄了交易的詳細信息,包括生產、經銷、運輸等各個環節。這些信息一旦寫入區塊鏈就無法被篡改,能夠確保溯源數據的真實性和可靠性。

區塊鏈技術在農產品物流溯源中已經有了廣泛的實踐和應用。以IBM的Food Trust為例,該平臺利用區塊鏈技術實現了農產品的可追溯性,提高了農產品質量的可信度。該平臺可追溯農產品的種植、加工、運輸、銷售等各個環節,確保了農產品從田間地頭到餐桌的全程可控,還可防范假冒偽劣產品進入市場,以保障消費者的權益。國內也有不少企業和機構在探索區塊鏈技術在農產品物流溯源中的應用,如阿里巴巴推出的“菜鳥智慧物流溯源”平臺、中國郵政推出的“糧食安全碼”等,都是基于區塊鏈技術實現了農產品的可溯源性,其具體應用過程見圖1。

圖1 農產品物流溯源架構圖Fig.1 Architecture of agricultural products logistics traceability

基于區塊鏈技術構建農產品物流溯源模型,旨在提高農產品物流全過程溯源的透明度,提高對農產品的溯源能力,使基于區塊鏈的農產品物流溯源技術更加成熟和完善,為農產品質量安全提供保障。

1 模型構建

1.1 模型設計

1)數據采集與處理。物聯網技術是農產品物流溯源模型中不可或缺的一部分,通過物聯網設備可實現物流數據的采集、傳輸、存儲,為后續溯源提供必要的數據支撐。運用物聯網技術采集物流數據,對采集到的數據進行標準化清洗及挖掘,確保數據的準確性和有效性。

2)區塊鏈網絡搭建。區塊鏈是一種去中心化的分布式賬本技術,其核心思想是利用密碼學算法保證信息的安全性與不可篡改性,通過去中心化使網絡中的各個節點相互連接并共享數據,實現信息的去中心化和公開透明。基于區塊鏈技術搭建去中心化、不可篡改、可信任的區塊鏈網絡,并將其作為主要的數據存儲、管理平臺。

3)智能合約編寫。智能合約技術可實現程序的自動化操作,提高溯源模型的效率和可靠性。編寫具有自動化執行功能的智能合約,以便實現對物流數據的自動化管理和操作。

4)數據存儲與共享。將采集到的物流數據通過智能合約存儲到區塊鏈網絡中,讓參與方通過數據共享機制在可信任的平臺上共享和查詢數據,實現物流溯源。

5)溯源查詢及應用。讓用戶通過用戶端查詢接口查詢指定農產品的物流溯源信息,實現從農場到餐桌的全過程溯源,以保障食品安全。

農產品流通物聯網技術框架及農產品物流溯源模型構成詳見圖2、圖3。

圖2 農產品流通物聯網框架Fig.2 Framework of the internet of things of agricultural product circulation

圖3 農產品物流溯源模型構成Fig.3 Constitute of agricultural products logistics traceability model

1.2 溯源信息查詢方式

在農產品物流溯源模型中,消費者可通過查詢區塊鏈上存儲的信息了解農產品的生產、流通、銷售等全過程的信息。查詢溯源信息的方式主要有兩種：①掃描二維碼：在農產品上印制二維碼,將該二維碼與區塊鏈中存儲的信息進行綁定,消費者可通過掃描二維碼查詢其溯源信息。②查詢商品編號：將農產品的商品編號輸入指定網站或程序,查詢其溯源信息。

2 模型實驗

構建小規模的農產品物流溯源模型,模擬農產品從種植到銷售的完整流程。采用物聯網設備采集物流數據,包括種植環節的氣象數據、采摘環節的質量檢測數據、包裝環節的信息、運輸環節的數據等。區塊鏈技術,將采集到的物流數據存儲到區塊鏈平臺中,實現數據的共享和查詢功能。通過用戶端查詢接口驗證物流數據的可靠性,實現食品安全證明、生產信息查詢、批次溯源等功能。

實驗結果表明,農產品區塊鏈技術的物流溯源模型具有以下優點：①可靠性高：通過區塊鏈技術實現數據的去中心化存儲與不可篡改,確保數據的真實性和可信度。②安全性強：通過智能合約技術實現數據的自動管理,采用訪問控制機制,保護數據的隱私性和安全性。③透明度好：通過區塊鏈平臺的信息共享和查詢功能,用戶可以查看完整的物流信息,增強食品安全監管的透明度和公正性。④實用性強：在用戶端查詢接口實現食品安全證明查詢、生產信息查詢、批次查詢等功能,提高了用戶的溯源效率。可見,基于區塊鏈技術的農產品物流溯源模型可提高食品安全監管的效率和精度,能夠有效保障消費者權益。

3 模型實驗結果分析

1)數據準確率及可靠性：統計分析區塊鏈中存儲的數據與實際情況的比對結果,發現模型的數據準確率超過90%,表明通過區塊鏈技術實現的農產品物流溯源數據具有較高的準確性與可靠性。

2)查詢效率及性能：平均查詢響應時間小于1 ms,數據讀寫速度達到200次/s。與傳統的溯源技術相比,基于區塊鏈技術的模型擁有更快的查詢響應速度與高效的數據讀寫能力。

3)安全性及防篡改性：區塊鏈的去中心化和加密特性使得模型能夠有效抵御惡意攻擊、數據篡改等行為,確保數據的完整性和可信度,具有較高的安全性和防篡改性。

4)用戶體驗與反饋：通過用戶反饋及調查等方式了解到,用戶對基于區塊鏈技術的農產品物流溯源模型給予了積極反饋。模型通過交互式的圖表、數據可視化工具展示農產品的物流路徑、生產環境信息、質量檢測結果等,向用戶提供更直觀易懂的信息,幫助其更好地了解農產品的生產過程和質量保障效果。

基于區塊鏈技術的農產品物流溯源模型在數據準確率及可靠性、查詢效率及性能、安全性及防篡改性、用戶體驗等方面表現出優異的性能,為進一步推動農產品溯源領域的數字化轉型,提升農產品供應鏈的可溯源性提供了有力支持。

4 結論與展望

基于區塊鏈技術的農產品物流溯源模型的設計與實現已經取得了一定的成效。通過對實驗結果的分析,模型能夠有效地實現對農產品的全程監管,實現農產品從生產到消費者手中全過程的可溯源性,保障了消費者的食品安全。同時,模型采用了去中心化的設計思路,保障了信息的安全性和不可篡改性,增強了農產品的信任度。

模型對農產品信息的采集、存儲和傳輸等環節仍需進一步優化,提高數據的準確性和可靠性。此外,在實際應用中,模型的推廣和應用仍需進一步探索和實踐,以逐步提升模型的可行性和實用性。故提出以下建議和展望：加強與相關企業和機構的合作,建立更加完善的農產品信息采集、存儲和傳輸體系。進一步完善區塊鏈技術在農產品物流溯源中的應用,加強信息的安全性和可靠性。加大對模型的實踐和推廣力度,增強其在農產品領域的可行性和實用性。